（北京專用）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十三章 第5講 實驗：利用傳感器設(shè)計并制作簡單的自動控制裝置精練（含解析）

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1、第5講　實驗:利用傳感器設(shè)計并制作簡單的自動控制裝置 A組　基礎(chǔ)鞏固 1.唱卡拉OK用的話筒內(nèi)有傳感器,其中有一種是動圈式的,它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小線圈,線圈處于永磁體的磁場中,當(dāng)聲波使膜片前后振動時,就將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號。下列說法正確的是(　　) A.該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B.該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C.膜片振動時,穿過金屬線圈的磁通量不變 D.膜片振動時,金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 答案　B　當(dāng)聲波使膜片前后振動時,帶動處于永磁體的磁場中的線圈切割磁感線,穿過線圈的磁通量發(fā)生改變,產(chǎn)生感應(yīng)電流,從而將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘??？梢娎?/p>

2、的是電磁感應(yīng)原理。 2.傳感器是一種采集信息的重要器件,如圖是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的電路,當(dāng)待測壓力作用于膜片電極上時,下列說法中正確的是(　　) ①若F向下壓膜片電極,電路中有從a到b的電流; ②若F向下壓膜片電極,電路中有從b到a的電流; ③若F向下壓膜片電極,電路中不會有電流產(chǎn)生; ④若電流表有示數(shù),說明壓力F發(fā)生變化; ⑤若電流表有示數(shù),說明壓力F不會發(fā)生變化。 A.②④ B.①④ C.③⑤ D.①⑤ 答案　A　當(dāng)向下壓時,因為C=εrS4πkd,d減小,C增大,在U不變時,由C=QU知,Q增大,電路中有從b向a的電流,②正確;當(dāng)F變化時,電容器兩極板的

3、間距變化,電容變化,電容器所帶電荷量發(fā)生變化,電路中有電流,④正確,故選A。 3.關(guān)于傳感器工作的一般流程,下列說法中正確的是(　　) A.非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量→轉(zhuǎn)換元件 B.電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→非電學(xué)量 C.非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量 D.非電學(xué)量→轉(zhuǎn)換電路→轉(zhuǎn)換元件→敏感元件→電學(xué)量 答案　C　傳感器工作的一般流程為:非電學(xué)量被敏感元件感知,然后通過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號,再通過轉(zhuǎn)換電路將此信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的電學(xué)量,因此A、B、D錯,C對。 4.如圖所示為電容式傳感器部分構(gòu)件的示意圖。當(dāng)動片(實線圖)和定片(虛線圖)

4、之間正對扇形區(qū)的圓心角的角度θ發(fā)生變化時,電容C便發(fā)生變化,圖中能正確反映C和θ間函數(shù)關(guān)系的是(　　) 答案　D　當(dāng)角度θ發(fā)生變化時,極板正對面積發(fā)生變化,S=πr2θ2π=r22θ,又C=εrS4πkd,所以C=εrr2θ8πkd,θ=8πkdCεrr2,故D正確。 5.電流傳感器可以像電流表一樣測量電流,它的優(yōu)點是反應(yīng)非?？?可以捕捉到瞬間的電流變化,還可以與計算機相連,能在很短的時間內(nèi)畫出電流隨時間的變化圖像。按圖甲連接電路,提供8 V直流電源,先使開關(guān)S與1相連,電源向電容器充電,這個過程可在瞬間完成,然后把開關(guān)S擲向2,電容器放電,傳感器將電流信息傳入計算機,屏上顯示出電

5、流隨時間變化的I-t曲線,如圖乙所示。 (1)圖乙中畫出的豎直狹長矩形(圖乙最左端),它的面積表示的物理意義是　　　　　　　　　　　;? (2)估算電容器在全部放電過程中釋放的電荷量是　　　　　　　C;? (3)根據(jù)以上數(shù)據(jù)估算,電容器的電容是　　　F。? 答案　(1)電容器0.1 s內(nèi)放電的電荷量　(2)6.08×10-3(6.00×10-3、6.16×10-3均正確)　(3)7.6×10-4(7.5×10-4、7.7×10-4均正確) 解析　(1)因為q=It,所以I-t圖線與t軸所圍“面積”表示電荷量q。 (2)圖線與t軸所圍的“面積”有76個格(或75、77個格),所以

6、電荷量為76×0.2×0.4×10-3 C=6.08×10-3 C(6.00×10-3、6.16×10-3 C都算正確)。 (3)電容器充電的電壓U等于電源電動勢E=8 V,由C=QU得C=7.6×10-4 F(7.5×10-4、7.7×10-4 F都算正確)。 B組　綜合提能 1.如圖甲是某同學(xué)設(shè)計的電容式速度傳感器原理圖,其中上板為固定極板,下板為待測物體,在兩極板間電壓恒定的條件下,極板上所帶電荷量Q將隨待測物體的上下運動而變化。若Q隨時間t的變化關(guān)系為Q=bt+a(a、b為大于零的常數(shù)),其圖像如圖乙所示,那么圖丙、圖丁中反映極板間場強大小E和物體速率v隨t變化的圖線可能是(　　

7、) A.①和③ B.①和④ C.②和③ D.②和④ 答案　C　平行板電容器間電壓恒定,板間場強E=Ud=QCd=QεrS4πkdd=4πkQεrS,故E∝Q,即E∝bt+a,故②可能正確。極板所帶電荷量Q=UC=UεrS4πkd=UεrS4πkd,與已知Q隨時間的變化關(guān)系對比可知d∝t+a,即待測物體的運動為勻速運動,故③可能正確。 2.現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng),要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時,系統(tǒng)報警。提供的器材有:熱敏電阻,報警器(內(nèi)阻很小,流過的電流超過Ic時就會報警),電阻箱(最大阻值為999.9 Ω),直流電源(輸出電壓為U,內(nèi)阻不計),滑動變阻器

8、R1(最大阻值為1 000 Ω),滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω),單刀雙擲開關(guān)一個,導(dǎo)線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V,Ic約為10 mA;流過報警器的電流超過20 mA時,報警器可能損壞;該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,在60 ℃時阻值為650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器　　　　(選填“R1”或“R2”)。? (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng): ①電路接通前,需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值,根據(jù)實驗要求,這一阻值為　　　　Ω;滑動變阻器的滑片應(yīng)置于　　　　(選填“a”或“b”)端附近,不能置

9、于另一端的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。? ②將開關(guān)向　　　　(選填“c”或“d”)端閉合,緩慢移動滑動變阻器的滑片,直至　　　　　　　　。? (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變,將開關(guān)向另一端閉合,報警系統(tǒng)即可正常使用。 答案　(1)連線如圖所示 (2)R2 (3)①650.0　b　接通電源后,流過報警器的電流會超過20 mA,報警器可能損壞?、赾　報警器開始報警 解析　(1)見答案。 (2)由R=UIc=1810×10-3 Ω=1 800 Ω可知,滑動變阻器應(yīng)選R2。 (3)①電阻箱的電阻值應(yīng)調(diào)為熱敏電阻在60 ℃時的阻值,即650.0 Ω。滑動變阻器的滑片應(yīng)置于b端,使開關(guān)接通后回路中電流最小,以保護報警器,即防止因過載而損壞報警器。 ②應(yīng)將開關(guān)向c端閉合,然后對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。 5